照相物镜是三类典型光学系统中最常见的，其设计和性能直接影响摄影图像的质量。本文将给出一个广角大光圈照相物镜的基本结构、特点以及设计案例，帮助读者了解摄影镜头的设计原理和应用。
一、指标及初始结构
之前我已经写过一些特定光学系统初始结构的理论计算方法，这一次我就来展示一下直接找初始结构进行优化的完整过程。首先，我们给出光学系统的主要技术指标如下：
有了这样的指标要求，查阅有关资料，这次我们尝试找一个比较新的国外专利作为优化起点。在日本专利局网站检索“ニコン”“光学系”（尼康的镜头），可以找到一个看起来比较符合要求的系统，F数为2.8，与指标要求接近，焦距为20mm。我们可以把这个作为优化的起点，并把参数输入到Zemax里面。这个初始结构我已经在星球上传（看文章结尾处），大家可以试试能不能优化到满足指标要求。
这个初始结构对于我们来说参数都比较接近，只有F数略大一点，我们可以自行进行一些调整，另外，初始结构中有两个非球面，我们可以在后续优化的过程中尝试减少一个。
需要注意的是，这种外国专利可能有些材料在成都光明和新华光玻璃库中不是常用材料，这种我们需要尝试进行玻璃替换。
二、优化方法
优化的过程比较复杂，也不是本文的重点，这里就给大家简单讲讲如何进一步做这个。，同时针对公差分析结果可以做进一步细化调整。首先我们编辑一下评价函数，操作数宜简不宜多，一开始把把指标约束加入进去即可。
此外我们可以用MXSD控制一下最大口径，避免前组过大，同时可以利用操作数组合控制一下第一片和第二片的弯曲程度。
设置完之后跑两轮优化，此时呈现出来的布局如下。
观察一下初步优化，结果抛开传函不谈看起来是那么回事，这个就需要一段时间的长期调整了。不同的人做出来的结果想必也会有比较大的差别。我个人的建议是三四片双胶合的材料看起来可以替换一下，孔径光阑后的两片承担的光焦度比较大，可以加一片试试，例如在孔径光阑后也组成一组双胶合。此外我会尝试去掉一个非球面。
目前的这个方案并没有动结构和材料配置，希望大家多去尝试一下。
四、总结
在本期文章中，我为大家详细介绍了广角大光圈照相物镜的设计过程，包括其主要技术指标、初始结构的选择以及优化方法。照相物镜作为典型光学系统，其设计和性能对摄影图像质量起着决定性作用。从指标的确立到初始结构的选取，再到优化策略的探讨，每一个环节都凝聚着光学设计的智慧与技巧。